JP2005036668A - シリンダヘッド先行冷却式のエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、吸気ポートを効率良く冷却することのできるシリンダヘッド先行冷却式のエンジンを提供する。
【解決手段】冷却水（冷却媒体）が、シリンダヘッド３に設けられる吸気ポート１２及び排気ポート１３の周りに形成されるヘッド冷却流路１４から供給された後、シリンダブロック２に設けられるウォータジャケット（ブロック冷却流路）８へ流れるエンジン１において、ヘッド冷却流路１４内の吸気ポート１２側へ流れる冷却水の量を排気ポート１３側へ流れる冷却水の量よりも多くする流量調整部材１６をヘッド冷却流路１４へ冷却水が流れ込む供給口１５の近傍に設ける。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却ポンプから吐出された冷却水がシリンダブロックよりも先にシリンダヘッドに供給されるエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリンダヘッドを効率良く冷却するために、冷却ポンプから吐出された冷却水がシリンダブロックよりも先にシリンダヘッドに送られるシリンダヘッド先行冷却型のエンジンがある（例えば、特許文献１参照。）。このエンジンにおいて冷却水は、シリンダヘッドの一端に設けられた冷却水入口からヘッド内冷却水通路に冷却水ポンプで供給される。ヘッド内冷却水通路を流れた冷却水は、ヘッド側冷却水出口通路を経てシリンダブロックに送通され、ブロック内冷却水通路を通った後、ラジエータに戻される。
【０００３】
オクタン価を向上させるためにシリンダヘッドを冷却する一方、シリンダブロックが冷却され過ぎることでシリンダブロック内を流れる潤滑油の粘性が高くなることを防止するために、冷却水流量制御弁によってブロック内冷却水通路を流れる冷却水の流量を調節してシリンダブロックの温度が適度に保たれる。
【０００４】
【特許文献１】
実公平４−４４８１６号公報（第３頁右欄第５列第４行−第５ページ右欄第９列第３行、第１−６図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
シリンダヘッドの一方の端から冷却水が供給されると、シリンダヘッドの並ぶ方向に勢いよく流れるとともに、各シリンダの中央に配置されるスパークプラグ取付部によって、吸気ポート及び排気ポート側に冷却水が分流される。しかしながら、シリンダヘッドの温度分布において、スパークプラグ取付部の温度及び排気ポートの温度が高いので、冷却水がスパークプラグ取付部の配置に沿って流れる間に温まり、吸気ポート及び排気ポートの冷却効率が低下する。
【０００６】
吸気ポートの温度は、シリンダ内に供給されるガスの密度に影響する。すなわち、吸気ポートの温度を十分に冷やすことができないと、シリンダ内に供給されるガス密度が低下するため、エンジンの出力が低下してしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、吸気ポートを効率良く冷却することのできるシリンダヘッド先行冷却式のエンジンを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、冷却媒体が、シリンダヘッドに設けられる吸気ポート及び排気ポートの周りに形成されるヘッド冷却流路から供給された後シリンダブロックに設けられるブロック冷却流路へ流れるエンジンを前提とする。そして、ヘッド冷却流路内の吸気ポート側へ流れる冷却媒体の量を排気ポート側へ流れる冷却媒体の量よりも多くする流量調整部材をヘッド冷却流路へ冷却媒体が流れ込む供給口の近傍に設ける。
【０００９】
また、流量調整部材は、吸気ポート側と排気ポート側とに冷却媒体の流れを分流させるようにヘッド冷却流路を横切って配置する。流量調整部材の断面形状は、冷却媒体が流れる方向に沿って延びた断面形状とし、冷却媒体の流れ方向について下流側を上流側よりも吸気ポート側に向かって偏らせて配置する。
【００１０】
排気ポート側の冷却媒体の流量が不足することを防止するために、ヘッド冷却流路は、冷却媒体が流れる方向について流量調整部材の下流側で吸気ポート側と排気ポート側とを連通させる。ヘッド冷却流路内に冷却媒体を効率良く行き渡らせるために、ヘッド冷却流路の供給口は、シリンダが並ぶ方向についてシリンダヘッドの一端に設ける。
【００１１】
ヘッド冷却流路内において吸気ポート側の冷却媒体の流量を排気ポート側の冷却媒体の流量よりも積極的に多くするために、ヘッド冷却流路は、吸気ポート側に設けられてブロック冷却流路に冷却媒体を吐出する吸気側吐出孔と、排気ポート側に設けられてブロック冷却流路に冷却媒体を吐出する排気側吐出孔とを有し、吸気側吐出孔の流路断面積を排気側吐出孔の流路断面積よりも大きくする。
【００１２】
また、ヘッド冷却流路内において、冷却媒体を供給口から遠い側にも充分に行き渡らせるために、吸気側吐出孔と排気側吐出孔との流路断面積をヘッド冷却流路の供給口から遠くなるにつれて大きくする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の第一実施形態に係るエンジン１について、図１から図３を参照して説明する。図１に示すエンジン１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とウォータポンプ４とラジエータ５とサーモスタット６とを備えている。シリンダブロック２の内部には、シリンダ７の円筒面の外側に沿ってブロック冷却流路の一例であるウォータジャケット８が設けられており、冷却媒体の一例である冷却水が流れる。図１において冷却水の流れを矢印Ｗで示す。また、シリンダブロック２には、シリンダヘッド３から遠い位置にウォータジャケット８と連通する排出口９が設けられている。
【００１４】
シリンダヘッド３には、燃焼室１０とスパークプラグ取付部１１と吸気ポート１２と排気ポート１３とヘッド冷却流路１４とが設けられている。燃焼室１０は、各シリンダ７に対応して設けられている。スパークプラグ取付部１１は、シリンダ７の中心軸線に対してやや排気ポート１３寄りにスパークプラグを配置するように設けられている。吸気ポート１２は、シリンダ７の中心軸線およびシリンダ７が並ぶ方向に沿う線と交差する向きに開口している。排気ポート１３は、シリンダ７の中心軸線を挟んで吸気ポート１２と対象の方向に開口している。吸気ポート１２及び排気ポート１３は、それぞれ二股に分かれて燃焼室１０と連通している。ヘッド冷却流路１４は、吸気ポート１２と排気ポート１３とスパークプラグ取付部１１の周りに形成されている。シリンダ７が並ぶ方向についてシリンダヘッド３の一端３ａ側には、ヘッド冷却流路１４に連通する供給口１５が開口している。
【００１５】
図２に示すように、ヘッド冷却流路１４の中における供給口１５の近傍には、流量調整部材１６が設けられている。この流量調整部材１６は、冷却水の流れＷを吸気ポート１２側と排気ポート１３側とに分流させる方向にヘッド冷却流路１４を横切って配置される。また、流量調整部材１６は、冷却水の流れＷ方向について下流側が吸気ポート１２側に向かって偏った断面形状を有している。流量調整部材１６より下流側においてヘッド冷却流路１４は、吸気ポート１２側と排気ポート１３側が連通しており、排気ポート１３側の冷却水が不足することを防止している。
【００１６】
また、ヘッド冷却流路１４は、図３に示すように、シリンダブロック２のウォータジャケット８に対応する範囲内の複数箇所でこのウォータジャケット８と連通する吐出孔１７が形成されている。具体的には、吸気ポート１２及び排気ポート１３とシリンダブロック２の間の部分、流量調整部材１６に対して吸気ポート１２側と排気ポート１３側の部分、隣り合うシリンダ７の間の部分、及び、供給口１５から最も遠い部分に、ウォータジャケット８と連通する吐出孔１７がヘッド冷却流路１４に設けられている。
【００１７】
この場合、吸気ポート１２とシリンダブロック２の間の部分に設けられた吸気側吐出孔１７ａの流路断面積は、排気ポート１３とシリンダブロック２の間の部分に設けられた排気側吐出孔１７ｂの流路断面積よりも大きくする。このように、吸気ポート１２側に流れる冷却水の量を積極的に多くすることで、吸気ポート１２の冷却効率を高める。また、供給口１５から遠い吸気側吐出孔１７ａ及び排気側吐出孔１７ｂほど流路断面積を大きくすることによって、供給口１５に近い側の吸気側吐出孔１７ａ及び排気側吐出孔１７ｂから流出する冷却水よりも供給口１５から遠い側の吸気側吐出孔１７ａ及び排気側吐出孔１７ｂから流出する冷却水の流量を多くする。このようにすることによって、供給口１５に近い吸気側吐出孔１７ａ及び排気側吐出孔１７ｂから冷却水がウォータジャケット８へ吐出されて供給口１５から遠い側の吸気ポート１２及び排気ポート１３の冷却効率が低下することを抑制し、吸気ポート１２および排気ポート１３の周りを流れる冷却水の流れＷが供給口１５から遠い側にも充分に行き渡るようにする。吸気側吐出孔１７ａ及び排気側吐出孔１７ｂの供給口１５から近い側と遠い側との流路断面積の比率は、各吸気ポート１２及び各排気ポート１３から吸収する熱量がそれぞれ均等になるような比率にすることが好ましい。
【００１８】
ウォータポンプ４の吸込口４ａは、シリンダブロック２に設けられたウォータジャケット８の排出口９に接続されている。ウォータポンプ４の吐出口４ｂは、導入路１８を介してラジエータ５の入口５ａへ接続されているとともに、バイパス流路１９からサーモスタット６を介してシリンダヘッド３の供給口１５に連通している。また、ラジエータ５の出口５ｂもまた、送出路２０とサーモスタット６とを介してシリンダヘッド３の供給口１５に連通している。
【００１９】
サーモスタット６は、ウォータポンプ４から流れてくる冷却水の温度が所定の温度以上になった場合、ウォータポンプ４と供給口１５とを連通させるバイパス流路１９を遮断し、ラジエータ５と供給口１５とを連通させる送出路２０を流通させるように切換わる。逆に、所定の温度以下の場合は、ラジエータ５と供給口１５とを連通させる送出路２０を遮断し、ウォータポンプ４と供給口１５とを連通させるバイパス流路１９を連通させる。
【００２０】
このように構成されたエンジン１において、供給口１５からヘッド冷却流路１４に流れ込んだ冷却水は、図１中の矢印で示すように、吸気ポート１２側へ流れる冷却水の流量が排気ポート１３側へ流れる冷却水の流量よりも多くなるように流量調整部材１６によって分流される。吸気ポート１２側へ分流された冷却水は、吸気ポート１２とシリンダブロック２との間に図３に示すように形成されたヘッド冷却流路１４へ主に流れ込む。また、排気ポート１３側に分流された冷却水は、排気ポート１３とシリンダブロック２の間及び排気ポート１３のシリンダブロック２側と反対側の外表面に沿って図３に示すように形成されたヘッド冷却流路１４へ主に流れ込む。流量調整部材１６によって分流された冷却水の一部は、流量調整部材１６の下流側で再び合流し、スパークプラグ取付部１１の周りに図３に示すように形成されたヘッド冷却流路１４へ流れ込む。
【００２１】
また、ヘッド冷却流路１４を流れる冷却水は、ヘッド冷却流路１４からシリンダブロック２側に向かって開口する吐出孔１７を通ってウォータジャケット８に流れ込む。冷却水は、ウォータジャケット８から排出口９を通ってウォータポンプ４に送られる。冷却水温度がある設定された温度以下の場合、サーモスタット６は、送出路２０を遮断しているので、ウォータポンプ４から吐出された冷却水は、バイパス流路１９を通って供給口１５からヘッド冷却流路１４へと流れる。冷却水温度がある設定温度以上になった場合、サーモスタット６は、バイパス流路１９を遮断するので、ウォータポンプ４から吐出された冷却水は、ラジエータ５へ送通され、放熱させられた後、送出路２０を通って供給口１５からヘッド冷却流路１４へと流れる。
【００２２】
以上のように構成されたエンジン１は、流量調整部材１６によってヘッド冷却流路１４内の排気ポート１３側よりも吸気ポート１２側に多くの冷却水が流れる。そして、吸気ポート１２が積極的に冷却されるので、吸気ポート１２からシリンダ７及び燃焼室１０へガスを密度の高い状態で取り込むことができる。つまり、ガスの圧縮比が低下することを防止することができる。その結果、エンジン１の出力が低下することを防止することができる。
【００２３】
また、ヘッド冷却流路１４に設けられてウォータジャケット８と連通する吐出孔１７のうち、吸気ポート１２とシリンダヘッド３との間に設けられた吸気側吐出孔１７ａの流路断面積は、排気ポート１３とシリンダヘッド３との間に設けられた排気側吐出孔１７ｂの流路断面積よりも大きい。したがって、排気側吐出孔１７ｂ側よりも吸気側吐出孔１７ａ側からより多くの冷却水がウォータジャケット８に流れる。つまり、吸気ポート１２側を流れる冷却水の流量が多くなる。その結果、吸気ポート１２は、積極的にかつ効率良く冷却される。さらに、冷却水がヘッド冷却流路１４に流れ込む供給口１５から遠い吸気側吐出孔１７ａ及び排気側吐出孔１７ｂの流路断面積を供給口１５に近い側の吸気側吐出孔１７ａ及び排気側吐出孔１７ｂの流路断面積よりも大きくすることによって、供給口１５から遠い吸気ポート１２及び排気ポート１３の周囲を流れる冷却水の流量を増やし、供給口１５に近い側と供給口１５から遠い側との冷却効率の差を小さくする。これにより、シリンダ７毎の圧縮比の差が小さくなるので、エンジン１は、出力の斑が小さくなる。
【００２４】
なお、流量調整部材１６は、シリンダブロック２と一体に鋳造されていても良いし、別体として後から取付けられても良い。さらに、流量調整部材１６は、ヘッド冷却流路１４内において排気ポート１３側よりも吸気ポート１２側に冷却水が多く流れるように設けられていればよいので、本実施形態のように１つ設けられるだけでなく、冷却水を吸気ポート１２側に誘導するように複数設けられても良い。また、冷却水の流れる方向に延びた断面形状を有した、いわゆるベーン形状の流量調整部材１６の他、吸気ポート１２側の流量が多くなるように、吸気ポート１２側の開口率を大きくした多孔板やメッシュであっても良い。
【００２５】
また、冷却水は、冷却媒体の一例であるので、シリンダヘッド３及びシリンダブロック２を冷却するために充分な熱容量を有していれば、水以外に油やガスなどでも良い。
【００２６】
【発明の効果】
本発明に係るエンジンによれば、ヘッド冷却流路に冷却媒体が流れ込む供給口の近傍に、流量調整部材を備えているので、冷却媒体が、排気ポート側よりも吸気ポート側へ多く流れる。したがって、吸気ポートは、効率良く冷却される。その結果、シリンダへ供給されるガスを密度の高いまま吸気することができる。すなわち、シリンダに供給されたガスの圧縮比が低下することを防止することができる。つまり、エンジンの出力が維持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のエンジンを透視してシリンダヘッド内の冷却水の流れを示す斜視図。
【図２】図１中のＦ２−Ｆ２に沿って示すシリンダヘッドの断面図。
【図３】図２中のＦ３−Ｆ３に沿って示すシリンダヘッドの断面図。
【符号の説明】
１…エンジン、２…シリンダブロック、３…シリンダヘッド、３ａ…一端、７…シリンダ、８…ウォータジャケット（ブロック冷却流路）、１２…吸気ポート、１３…排気ポート、１４…ヘッド冷却流路、１５…供給口、１６…流量調整部材、１７ａ…吸気側吐出孔、１７ｂ…排気側吐出孔、Ｗ…冷却水（冷却媒体）の流れ。

Claims (6)

1. 冷却媒体が、シリンダヘッドに設けられる吸気ポート及び排気ポートの周りに形成されるヘッド冷却流路から供給された後シリンダブロックに設けられるブロック冷却流路へ流れるエンジンにおいて、
   前記ヘッド冷却流路内の前記吸気ポート側へ流れる冷却媒体の量を前記排気ポート側へ流れる冷却媒体の量よりも多くする流量調整部材を前記ヘッド冷却流路へ冷却媒体が流れ込む供給口の近傍に設けることを特徴とするエンジン。
2. 前記流量調整部材は、前記吸気ポート側と前記排気ポート側とに冷却媒体の流れを分流させるように前記ヘッド冷却流路を横切って配置され、前記冷却媒体が流れる方向に沿って延びる断面形状を有し、前記冷却媒体の流れ方向について上流側よりも下流側を前記吸気ポート側に偏らせて配置することを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
3. 前記ヘッド冷却流路は、前記冷却媒体が流れる方向について前記流量調整部材の下流側で前記吸気ポート側と前記排気ポート側とが連通していることを特徴とする請求項２に記載のエンジン。
4. 前記ヘッド冷却流路の供給口は、シリンダが並ぶ方向について前記シリンダヘッドの一端に設けられることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
5. 前記ヘッド冷却流路は、前記吸気ポート側に設けられて前記ブロック冷却流路に前記冷却媒体を吐出する吸気側吐出孔と、前記排気ポート側に設けられて前記ブロック冷却流路に前記冷却媒体を吐出する排気側吐出孔とを有し、前記吸気側吐出孔の流路断面積の方が前記排気側吐出孔の流路断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
6. 前記吸気側吐出孔と前記排気側吐出孔とは、前記ヘッド冷却流路の供給口から遠くなるにつれて流路断面積を大きくすることを特徴とする請求項５に記載のエンジン。

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